DYNAMICS OF ENCEPHALOMETRIC PARAMETERS OF THE CEREBRAL HEMISPHERES IN TEENAGE BOYS
DYNAMICS OF ENCEPHALOMETRIC PARAMETERS OF THE CEREBRAL HEMISPHERES IN TEENAGE BOYS
Abstract
The aim of the study is to examine the dynamics of encephalometric parameters of the cerebral hemispheres in teenage boys.
Despite the rapid development of neuroimaging methods in the study of variability in cerebral structures in adults, there is a lack of research examining the normal morphological development of the cerebrum, and in particular the hemispheres, in the context of sex and age differences in teenage children. At the same time, a correlation has been proven between variable and deviating structural changes and a number of psychoneurological disorders that debut in adolescence, which is a relevant area of research in paediatric neurology and psychiatry, as well as in radiological diagnostics when reviewing the criteria for normal morphogenesis and diagnostic predictors.
A retrospective study was conducted using archived MR tomograms of the brains of 120 boys (30 boys for each age group) aged 13–16 years. Encephalometric indicators of the brain, both hemispheres, and their lobes were analysed. The evaluation of dynamics was determined by the parameter increment coefficient.
Based on the results of the analysis, we developed a gender-age model of cerebral structure dynamics for boys in the form of a nonlinear curve with peaks of the greatest encephalometric changes at the end of adolescence. It was established that boys experience bilateral growth of four lobes, with the occipital lobes showing the most consistent growth across age intervals.
The encephalometric differences in growth detected during sex-age dynamics can be used in paediatric radiology as criteria for normal neurodevelopment of the cerebral hemispheres.
1. Введение
С внедрением в нейроанатомию неинвазивных методов исследования, в частности магнитно-резонансной томографии, стали общеизвестны фундаментальные вопросы, касающиеся закономерностей нормального нейроморфогенеза головного мозга и составляющих его отделов
. Однако существующие исследования в области анатомической изменчивости церебральных структур в своём большинстве рассматривают совокупность морфологических параметров для взрослых людей с акцентуацией на пожилой и старческий возраст либо в динамике соответствующих диапазонов возрастов, либо непосредственно на момент их изучения. В то же время для лучевой диагностики в педиатрии, в частности для детей подросткового возраста, отмечается недостаточное количество прикладных исследований, представляющих актуальное направление как в изучении общих морфологических закономерностей развивающегося головного мозга в контексте пола, так и последующей интерпретации данных нейровизуализации в клинике .Действительно, установлена роль подросткового возраста, как одного из ключевых в развитии мозга, и особенно его полушарий, и обуславливающего наиболее значимые по их динамике и количественным изменениям в гисто- и миелоархитектонике морфологические изменения, что, в свою очередь, определено влиянием пиков гормональной активности при половом созревании
, . И тем не менее частью исследователей сообщается о спорной роли полового фактора в динамике морфологии полушарий у подростков, ссылаясь на многовариантность индивидуальных аллометрических пропорций тела, как доминирующий в их развитии параметр , . Стоит отметить, что развивающаяся с определённой частотой и интенсивностью проявлений у детей подросткового возраста, и в частности для мальчиков, разная психоневрологическая симптоматика, позволила не только доказать гипотезы о взаимосвязи специфических морфофункциональных изменений полушарий с такими детскими расстройствами, как тикозные гиперкинезы и синдром дефицита внимания и гиперактивности, но и интегрировать полученные результаты, как этиопатогенетическое звено, в их нозологию , , .Анализ энцефалометрических характеристик полушарий конечного мозга с последующим выведением моделей их нормального морфогенеза у мальчиков подросткового возраста, с оценкой их морфометрических вариативных показателей в контексте возрастной церебральной динамики является актуальным направлением не только для нейроанатомии, но и для лучевой диагностики в педиатрии, а полученные в качестве «эталонов» морфометрические данные от «нормы» предоставят возможность разработки диагностических предикторов для ряда психоневрологических расстройств с началом или экспрессией симптоматики в подростковом возрасте . Целью данного исследования является изучение динамики энцефалометрических параметров полушарий головного мозга у мальчиков подросткового возрастного периода.
2. Методы и принципы исследования
Было проведено ретроспективное исследование по материалам архивных МР-томограмм головного мозга 120 мальчиков (30 мальчиков для каждой возрастной группы) 13–16 лет, согласно возрастной периодизации онтогенеза, принятой АПН СССР (Москва, 1965). В исследование были включены дети, в анамнезе которых не были задокументированы органические заболевания ЦНС, психические и поведенческие расстройства.
Были проанализированы следующие энцефалометрические параметры:
1) высота (мм);
2) ширина (мм);
3) общий объём мозга (см³);
4) широтно-продольный показатель мозга (%);
5) высотно-продольный показатель мозга (%);
6) длина (мм)
7) ширина (мм);
8) высота (мм);
9) широтно-продольный показатель для правого и левого полушарий (%)
10) высотно-продольный показатель для правого и левого полушарий (%);
11) длина лобной доли для полушарий с обеих сторон (мм);
12) длина теменной доли для полушарий с обеих сторон (мм);
13) длина затылочной доли для полушарий с обеих сторон(мм);
14) длина височной доли для полушарий с обеих сторон (мм).
Оцениваемая при сравнении выборок динамика определилась по коэффициенту приращения показателя (Wc, %), согласно формуле Шмальгаузена. Количественные показатели энцефалометрических показателей полушарий оценивались на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Накопление, корректировка, систематизация исходной информации осуществлялись в электронных таблицах Microsoft Excel 2016 (Microsoft Corp., США). Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica 12.0 (StatSoft Inc., CША). Для сравнения средних величин в нормально распределенных совокупностях численных данных использовался t-критерий Стьюдента. Различия энцефалометрических показателей считали статистически значимыми при p <0,05.
3. Основные результаты
При проведении статистического анализа возрастных групп мальчиков нами была определена модель морфогенеза с наибольшим количеством статистически значимых изменений в группах 14–15 и 15–16 лет и с чередованием приращения и уменьшения объёма. Так, в группе мальчиков 14–15 лет, несмотря на общее превалирование отрицательных по величине изменений, установлено увеличение высотно-продольного показателя правого полушария на 2,92% и левого на 6,76%, однако на конец подросткового возрастного периода наблюдается снижение показателя для обоих полушарий. В группе сравнения 15–16 лет аналогично обнаруживается отсутствие выраженной положительной динамики, при этом отмечен рост правой затылочной доли на 5,24% и левой на 7,36%, не фиксируемое у мальчиков 14–15 лет (см. табл. 1). Продемонстрированный нами рост полушарий у мальчиков можно представить в виде растущей кривой, а её плато приходится на две последующие группы сравнения (см. рис. 1). Стоит отметить, что во всех возрастных группах характерно чередование приращения и уменьшения объёма для определенных церебральных структур, что обуславливает дальнейшую актуальность изучения их моделей развития.
Таблица 1 - Обобщение данных по возрастной динамике энцефалометрических показателей полушарий у мальчиков подросткового возрастного периода
Исследуемый показатель | 13/14 лет | 14/15 лет | 15/16 лет | Характеристика прироста |
Объем мозга (см³) | 2,12 | -7,54 | 0,66 | −−− |
Длина правого полушария (мм) | 3,28 | -4,22 | 1,80 | −−− |
Длина левого полушария (мм) | 1,77 | -4,96* | 3,53 | −↓− |
Ширина мозга (мм) | 0,00 | -7,25* | 2,19 | −↓− |
Ширина правого полушария (мм) | 1,29 | -7,22* | 1,81 | −↓− |
Ширина левого полушария (мм) | -1,30 | -6,62* | 1,52 | −↓− |
Высота мозга (мм) | -1,04 | 1,50 | -2,51 | −−− |
Высота правого полушария (мм) | 2,56 | 1,13 | -5,97* | −−↓ |
Высота левого полушария (мм) | 4,36* | -0,28 | -6,44 | ↑−− |
Широтно-продольный показатель мозга (%) | -2,45* | -2,90 | 0,00 | ↓−− |
Широтно-продольный показатель правого полушария (%) | 0,98 | -3,02 | 0,00 | −−− |
Широтно-продольный показатель левого полушария (%) | -2,93 | -1,74 | -1,77 | −−− |
Высотно-продольный показатель мозга (%) | -1,20 | 3,23 | -4,74* | −−↓ |
Высотно-продольный показатель правого полушария (%) | 1,58 | 2,92* | -7,83* | −↑↓ |
Высотно-продольный показатель левого полушария (%) | 0,32 | 6,76* | -10,45* | −↑↓ |
Длина правой лобной доли (мм) | 5,74 | 0,17 | -13,82* | −−↓ |
Длина левой лобной доли (мм) | 3,64 | -6,71 | -7,80* | −−↓ |
Длина правой теменной доли (мм) | 7,05 | -32,20* | 2,48 | −↓− |
Длина левой теменной доли (мм) | 7,19 | -27,87* | 3,87 | −↓− |
Длина правой затылочной доли (мм) | 5,32 | -28,68* | 5,24* | −↓↑ |
Длина левой затылочной доли (мм) | 10,16* | -34,79* | 7,36* | ↑↓↑ |
Длина правой височной доли (мм) | -2,23 | -0,50 | -15,52* | −−↓ |
Длина левой височной доли (мм) | -0,49 | 0,25 | -19,41* | −−↓ |
Примечание: изменчивость возрастных различий – Wc, %; знаком «*» в ячейках таблицы обозначены статистически значимые для возрастной динамики показатели мальчиков; в последнем столбце символ «↑» характеризует положительную динамику для показателя с течением возраста; символ «↓» характеризует отрицательную динамику; символ «−» обозначает отсутствие статистически достоверной динамики
Рисунок 1 - Нелинейная характеристика динамики церебральных параметров у мальчиков в течение подросткового возрастного периода (13-16 лет)
Примечание: числа на горизонтальной оси обозначают суммарное количество статистически значимых различий в трёх рассматриваемых возрастных промежутках
4. Обсуждение
Данные выводы подтверждаются результатами прочих исследований о нелинейном развитии полушарий, а обнаруженные нами наиболее интенсивные структурные изменения в большом мозге у мальчиков наблюдаются в конце пубертатного периода
. При этом динамика развития полушарий у мальчиков в целом характеризуется ростом четырёх долей обоих полушарий, при этом стабильный в течение всех возрастных интервалов и преимущественный прирост идёт за счет затылочных долей, в частности левого полушария. Весьма интересные результаты по вариативному и чередующемуся приращению при оценке динамики параметров большого мозга, вероятнее всего, обусловлены, с одной стороны, активными для подросткового возраста гистологическими изменениями в долях полушарий по типу физиологического прунинга и миелинизации нервных волокон. Ленрут и соавторы сообщают, что у детей периодов второго детства и подросткового возраста независимо от пола происходят разнонаправленные процессы в цито-и и миелоархитектонике в виде уменьшения объёма серого вещества коры некоторых долей полушарий и избыточной миелинизации аксонов их белого вещества, что, по мнению авторов, обосновывается оптимизирующей ролью прунинга, сменяющего чрезмерный синаптогенез в раннем и первом детстве . С другой стороны, изменчивость процентажа энцефалометрических параметров, может быть определена и индивидуальными вариациями в продольном размере мозгового отдела черепа .Таким образом, взаимосвязь энцефалометрических параметров полушарий у подростков с гистологическими аспектами реорганизации серого и белого вещества в контексте прунинга, а также с индивидуальными по возрасту и полу размерами мозгового черепа, требует к себе большего внимания и проведения дальнейших прикладных морфологических исследований с междисциплинарным подходом.
5. Заключение
При изучении динамики церебральных показателей полушарий у мальчиков подросткового возраста установлены морфологические модели развития конечного мозга в виде нелинейных кривых с пиками наибольших энцефалометрических изменений в конце подросткового возрастного периода. Определены структурные различия, за счёт которых преимущественно осуществляется морфогенез полушарий (двуполушарный рост четырёх рассматриваемых долей, с наиболее последовательным приращением в затылочных долях у мальчиков). Выявленные в ходе возрастной изменчивости различия для каждого возрастного интервала могут быть интерпретированы в лучевой диагностике как энцефалометрические варианты нормального развития полушарий.